Bùn hoạt tính là phương pháp mà các vi sinh vật trong nước thải bám vào các chất lơ lửng trong đó để cư trú, sinh sản, phát triển và các vi sinh vật này sử dụng nguồn chất hữu cơ trong nước làm thức ăn đồng thời phân hủy chất hữu cơ làm tăng sinh khối và dần dần tạo thành các hạt bông gọi là bùn hoạt tính. Khả năng chuyển hóa các chất hữu cơ trong nước thải nhờ vi sinh vật phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tuổi của bùn, hàm lượng chất dinh dưỡng đầu vào, nồng độ oxi hòa tan trong nước thải…
* Ưu điểm:
– Hiệu quả xử lý BOD rất cao, đạt tiêu chuẩn môi trường
* Nhược điểm:
– Khi vận hành có thể phát tán bọt do các chất tẩy rửa hoặc phát tán vi khuẩn do quá trình sục khí.
– Chi phí điện cao
– Phải đầu tư thêm bơm tuần hoàn bùn, bơm thổi khí.
* Vận hành phức tap:
– Sau khi oxi hóa được 80,5 đến 90% BOD trong nước thải, nếu không khuấy đảo hoặc thổi khí, bùn hoạt tính sẽ lắng xuống đáy, do vậy phải tháo lượng bùn cặn này ra. Nếu không kịp thời tách bùn các sinh khối vi sinh vật trong bùn sẽ tự phân hủy dẫn tới ô nhiễm nguồn nước thứ cấp, gây hiện tượng bùn khó lắng. Nhưng nếu tháo bùn ra quá nhiều, nồng độ bùn hoạt tính trong nước không đủ dể phân hủy các chất hữu cơ dẫn tới giảm hiệu suất xử lý.
– Do lượng bùn hoạt tính tháo ra sẽ được hồi lưu trở lại, nên luôn phải kiểm tra nồng độ bùn trong bể xử lý để đảm bảo cho quá trình xử lý đạt hiệu quả cao.
– Các vi sinh vật có mặt trong nước thải lấy nguồn cơ chất thể hiện bằng BOD làm thức ăn do dó nếu nồng độ BOD quá cao thì phải pha loãng nước thải để đạt hiệu quả xử lý lớn nhất.
– Nguồn oxi hòa tan trong nước là một trong những yếu tố làm ảnh hưởng tới hiệu quả xử lý vì vậy phải kiểm tra hàm lượng Do trong quá trình xử lý nước thải
Phương pháp bùn hoạt tính tuy hiệu quả xử lý cao nhưng chi phí xử lý cao và vận hành rất phức tạp đòi hỏi người vận hành phải có trình độ chuyên môn nhất định.
Cơ chế phân huỷ các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật
Cơ chế quá trình phân huỷ các chất hữu cơ của phương pháp bùn hoạt tính bao gồm các quả trình: Oxi hoá (phân huỷ) chất hữu cơ, tổng hợp tế bào (đồng hoá) và tự oxy hoá (hô hấp nội bào). Trong quá trình oxy hoá (phân huỷ) chất hữu cơ, vi sinh vật sử dụng oxy để chuyển hoá các chất hữu cơ thành các sản phẩm oxy hoá. Quá trình này sinh ra năng lượng và vi sinh vật sử dụng năng lượng này để tổng hợp tế bào mới. Trong quá trình tổng hợp tế bào (đồng hoá), vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ, oxy, các chất dinh dưỡng N,P, vi lượng và năng lượng từ quá trình oxy hoá để tổng hợp nên tế bào mới. Bên cạnh quá trình tổng hợp tế bào cũng xảy ra quá trình oxy hoá tế bào (hô hấp nội bào).
Phương trình hoá học biểu diễn các quá trình phân huỷ chất hữu cơ như sau :
Quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ trong nước thải nhờ vi sinh vật bao gồm các giai đoạn như sau:
Giai doạn 1: các hợp chất hữu cơ tiếp xúc với bề mặt tế bào.
Giai đoạn 2: hấp thụ, khuyếch tán các chất hưu cơ qua màn bán thấm, vào trong tế bào vi sinh vật.
Giai đoạn 3: chuyển hoá các chất trong nội bào để sinh ra năng lượng và tổng hợp các vật liệu mới cho tế bào vi sinh vật.
Giai đoạn 4: di chuyển các sản phẩm oxy hoá từ trong tế bào ra bề mặt tế bào vi sinh vật.
Giai đoạn 5: di chuyển các chất từ bề mặt tế bào ra pha lỏng do khuyếch tán và đối lưu.
Hợp chất bị oxy hoá trước tiên là hydratcacbon và một số chất hữu cơ khác. Tuy nhiên để phân huỷ được các chât hữu cơ này thì vi sinh vật phải có khả năng tổng hợp enzim tương ứng. Tinh bột, đường rất dễ bị phân huỷ bởi vi sinh vật, xenlulozơ và các chất béo ít tan bị phân huỷ muộn hơn và tốc độ phân huỷ cũng chậm hơn nhiều.
Thành phần, sự phát triển của vi sinh vật trong bùn hoạt tính
Thành phần vi sinh vật trong bùn hoạt tính
Tác nhân sinh học trong quá trình xử lí nước thải bằng phương pháp bùn hoạt tính hiếu khí chính là vi sinh vật có mặt trong bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính là tập hợp các vi sinh vật có khả năng hấp thụ trên bề mặt và oxy hoá các chất hữu cơ trong nước thải với sự có mặt của ôxy. Bùn hoạt tính là một hệ sinh vật phức tạp bao gồm; vi khuẩn, nguyên sinh vật, nấm, tảo, vi rút. Trong đó vi khuẩn đóng vai trò quan trọng nhất trong việc phân huỷ chất hữu cơ và là thành phần cấu tạo chủ yếu của bùn hoạt tính. Vi khuẩn trong bùn hoạt tính gồm đầy đủ các vi khuẩn hiếu khí, vi khuẩn tuỳ tiện, một số vi khuẩn dạng sợi và các nhóm nguyên sinh động vật. Thành phần vi khuẩn có trong bùn hoạt tính thay đổi theo nhiệt độ và thành phần nước thải.
Bùn hoạt tính dạng bông, màu vàng nâu dễ lắng. cứ một gam bùn hoạt tính khô chứa từ 10- 10 tế bào với kích thước 0,1- 3 mm. bản chất của chất hữu cơ có trong nước thải sẽ quyết định các loại vi khuẩn nào có trong bùn là chủ đạo. Nước thải chứa protein sẽ kích thích các loại Alcaligenes, Flavobacterium, Bacillus phát triển. Nếu nước thải chứa nhiều hidrat cacbon thì kích thích Pseudomonas. Thành phần hóa học của tế bào vi khuẩn, % chất khô được thể hiện trong bảng 16.
Sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật trong bùn hoạt tính
Sự phát triển của tế bào là sự tăng sinh khối do vi sinh vật hấp thụ, đồng hoá các chất dinh dưỡng. Vi sinh vật có thể sinh sản bằng cách phân đôi tế bào, sinh sản giới tính và nảy mầm nhưng chủ yếu chúng sinh sản bằng cách phân đôi tế bào. Thời gian cần để phân đôi tế bào gọi là thời gian sinh sản. Tuy nhiên vi khuẩn không thể sinh sản đến vô tận do quá trình sinh sản phụ thuộc vào môi trường. Khi thức ăn cạn kiệt, pH, nhiệt độ thay đổi ra ngoài giá trị tối ưu, việc sinh sản sẽ ngừng lại.
Tế bào vi khuẩn gồm 80% nước và 20 % chất khô. Trong chất khô có đến 90% là chất hữu cơ và chỉ có khoảng 10 % là chất vô cơ.
Tăng trưởng của sinh khối gồm 4 giai đoạn như sau:
Giai đoạn tăng trưởng chậm: đây là giai đoạn vi khuẩn cần thời gian để thích nghi với môi trường dinh dưỡng. tuy nhiên giai đoạn này ngắn hơn so với giai đoạn phát triển chậm của số lượng vi khuẩn.
Giai đoạn tăng sinh khối theo logarit: tốc độ trao đổi chất và tăng trưởng của vi khuẩn phụ thuộc vào khả năng xử lý chất nền của vi khuẩn.
Giai đoạn tăng trưởng chậm dần: tốc độ tăng sinh khối giảm dần do chất dinh dưỡng của môi trường cạn kiệt.
Giai đoạn hô hấp nội bào: nồng độ các chất dinh dưỡng cho tế bào cạn kiệt, vi khuẩn phải thực hiện trao đổi chất bằng chính các nguyên sinh chất có trong tế bào. Sinh khối giảm dần do chất dinh dưỡng còn lại trong tế bào đã chết khuyếch tán ra ngoài để cấp cho tế bào sống.
Bùn hoạt tính trong xử lý nước thải
Phương thức cấp khí cho các dạng bể aeroten trong xử lý nước thải
Oxi hóa các chất hữu cơ của ozone
Hệ thống xử lý nước cứng
Phương pháp ion trong xử lý nước cấp
